DE102010010248A1

DE102010010248A1 - Beatmungsverfahren und Beatmungsgerät

Info

Publication number: DE102010010248A1
Application number: DE102010010248A
Authority: DE
Inventors: Dr. med. Rüller Stephan; Susanne Greve
Original assignee: Forschungsinstitut Borstel Institut fuer Experimentelle Biologie und Medizin
Current assignee: Forschungszentrum Borstel Leibniz Lungenzentrum FZB
Priority date: 2010-03-03
Filing date: 2010-03-03
Publication date: 2011-09-08
Also published as: CN102858397B; WO2011107219A2; EP2542286A2; US20120318268A1; ES2648057T3; US9636472B2; CN105664316B; WO2011107219A3; AU2011223241A1; AU2011223241B2; EP2542286B1; CN102858397A; PT2542286T; CN105664316A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beatmung eines Lebewesens (3), wobei der in das Lebewesen (3) und aus dem Lebewesen (3) fließende Atemluftstrom (ν. ) erfasst wird, aus dem erfassten Atemluftstrom (ν. ) ermittelt wird, ob eine Einatmungsphase oder eine Ausatmungsphase vorliegt, und wobei der Luftdruck (p) in einem Atmungsorgan des Lebewesens (3) geregelt wird. Bei Erkennung einer Einatmungsphase wird der Luftdruck (p) in dem Atmungsorgan zu Beginn der Einatmungsphase angehoben und mit fortschreitendem Atmungszyklus wieder abgesenkt. Die Erfindung betrifft ferner ein Beatmungsgerät und ein Ventilsteuergerät hierfür.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beatmung eines Lebewesens gemäß den Ansprüchen 1 und 5. Die Erfindung betrifft ferner ein Beatmungsgerät gemäß dem Anspruch 19 und ein Ventilsteuerungsgerät gemäß dem Anspruch 20.
Allgemein betrifft die Erfindung das Gebiet der Beatmung von Patienten mit Atemproblemen. Als Beispiel seien COPD-Patienten genannt, speziell solche mit hyperkapnischer respiratorischer Insuffizienz. Bei diesen Patienten ist es aufgrund verschiedener Erkrankungen zu Strukturveränderungen in der Lunge gekommen, die eine vermehrte Arbeit der Atemmuskulatur erforderlich machen, um einen ausreichenden Gasaustausch zu gewährleisten. Mit Fortschreiten der Erkrankung kommt es zunehmend zu einer Erschöpfung der Atemmuskulatur, in deren Gefolge es zu Luftnot-Empfindungen bei der Atmung schon bei sehr geringen Anstrengungen kommen kann. In ausgeprägten Fällen ist die Atemmuskulatur und der Atemantrieb, insbesondere auch nachts im Schlaf, nicht mehr in der Lage, die Strukturveränderungen der Lunge durch vermehrte Atemtiefe und Zunahme der Atemfrequenz zu kompensieren.
Zur Unterstützung solcher Patienten sind Beatmungsgeräte vorgeschlagen worden, z. B. in der US 6,105,575 oder der US 6,240,919 B1 . Bei solchen Geräten ist vorgesehen, dass dem Patienten über eine Beatmungsmaske bei der Einatmung ein vom Beatmungsgerät gesteuerter inspiratorischer Druck (IPAP) und bei der Ausatmung ein vom Beatmungsgerät gesteuerter expiratorischer Druck (EPAP) zugeführt wird. Die Beatmungsgeräte stellen sich dabei selbsttätig auf den Patienten ein. Eine typische Druckunterstützung für den IPAP liegt z. B. bei 10 bis 30 mbar, für den EPAP im Bereich von 4 bis 10 mbar. Allgemein herrscht die Meinung vor, dass die Druckamplitude im Rahmen der Akzeptanz des Patienten so groß wie möglich sein sollte, um eine bestmögliche Atmungsunterstützung zu gewährleisten.
Eigene Untersuchungen bei der Beatmung von COPD-Patienten zeigen allerdings, dass eine Vergrößerung der Druckamplitude, d. h. der Differenz zwischen IPAP und EPAP, nicht zur gewünschten Entlastung der Atemmuskulatur führt, sondern häufig eine vermehrte Überblähung der Lunge zur Folge hat.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Beatmung eines Lebewesens sowie ein Beatmungsgerät dafür anzugeben, das die unerwünschte Überblähung der Lunge bestmöglich vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1, 5, 19 und 20 angegebene Erfindung gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
Es wurde erkannt, dass die unerwünschte Überblähung der Lunge dadurch hervorgerufen wird, dass die von dem Beatmungsgerät zur Unterstützung zusätzlich eingepumpte Luft vom Patienten in der Ausatmungsphase nicht wieder ausreichend ausgeatmet werden kann, so dass in den Lungenbläschen vermehrte Restluft verbleibt. Übliche Beatmungsgeräte versorgen den Patienten während der Einatmungsphase nämlich mit einem Überdruck zur Unterstützung der Einatmung und verringern den Druck in der Ausatmungsphase, um durch einen geringen Ausatemwiderstand die Ausatmungsphase zu unterstützen. Dies führt jedoch bei schwer lungenkranken Patienten dazu, dass zum Einen in der Einatmungsphase vermehrt Luft in den Patienten gepresst wird und zum Anderen in der Ausatmungsphase die ohnehin geschädigten kleinen Atemwege und deren Verästelungen zu den Lungenbläschen sich in Folge des durch das Beatmungsgerät herabgesetzten Drucks verengen und keine ausreichende Entatmung, d. h. Entlüftung der Lunge, erfolgen kann.
Gemäß der Erfindung wird dem entgegengewirkt, in dem einerseits in der Einatmungsphase ein variabler, frühzeitig reduzierter Druckverlauf vorgeschlagen wird. Es ist vorgesehen, bei Erkennung einer Einatmungsphase den Luftdruck in dem Atmungsorgan zu Beginn der Einatmungsphase anzuheben und mit fortschreitendem Atemzyklus wieder abzusenken. Als Atemzyklus wird in diesem Zusammenhang eine Folge einer Einatmungsphase und einer Ausatmungsphase verstanden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Luftdruck in dem Atmungsorgan bereits mit fortschreitender Einatmungsphase wieder abgesenkt. Damit erfolgt vorteilhaft ein Absenken des Drucks schon mit fortschreitender Einatmungsphase und nicht erst, wie bei bekannten Geräten, ganz am Ende der Einatmungsphase. Dies ist beispielhaft in den Druckverläufen 30 bis 32 der 3 wiedergegeben.
Gemäß der Erfindung wird die Ausatmungsphase dadurch unterstützt, dass in der Ausatmungsphase der Luftdruck in dem Atmungsorgan nach Maßgabe des Atemluftstroms oder daraus abgeleiteter Parameter der Ausatmung derart geregelt wird, dass der aus dem Lebewesen fließende Atemluftstrom ein vorbestimmtes Maß erreicht. Es wird somit nicht, wie bei bekannten Beatmungsgeräten, ein vorgegebener Druck eingestellt, sondern der Luftdruck nach Maßgabe des Atemluftstroms der Ausatmung dynamisch geregelt, so dass im Ergebnis ein bestimmter Ausatmungs-Luftstrom sichergestellt werden kann. Hierbei kann der Luftdruck je nach Bedarf erhöht oder abgesenkt werden, wobei durch die Regelung des Luftdrucks nach Maßgabe des Atemluftstroms dynamisch ein entsprechender Mindestdruck in den Atmungsorganen als sich verändernder Gegendruck aufrecht erhalten werden kann, so dass die kleinen Atemwege und deren Verästelungen zu den Lungenbläschen offen gehalten werden. Es wird somit ein gewisser dynamischer Widerstand bei der Ausatmung geschaffen, der von Patienten überraschenderweise als angenehm und unterstützend empfunden wird. Im Ergebnis erfolgt hierdurch eine verbesserte Entatmung und eine Vermeidung der unerwünschten Überblähung der Lunge. Insbesondere hilft bereits ein relativ kurzer Druckpuls beim Ausatmen hinsichtlich eines Öffnens der Atemwege.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass sowohl bei der Erkennung einer Einatmungsphase der Luftdruck in dem Atmungsorgan angehoben als auch nach zwischenzeitlicher Absenkung des Luftdrucks bei Erkennung der Ausatmungsphase der Luftdruck in dem Atmungsorgan ebenfalls angehoben wird. Hierdurch wird die Entatmung und damit die Entblähung der Lunge vorteilhaft unterstützt. Vorteilhaft wird hierbei sowohl eine Asymmetrie des Druckverlaufs zum Atemluftstrom des Patienten als auch eine dynamische Änderung des Drucks in den einzelnen Atemphasen vorgesehen. Vorteilhaft ist hierbei insbesondere eine dynamische Änderung des Drucks in den einzelnen Atemphasen, d. h. der Luftdruck wird nicht wie bei bekannten Beatmungsgeräten relativ lange konstant gehalten.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Luftdruck derart eingestellt, dass der Luftdruck zu jedem Zeitpunkt oberhalb eines Anfangswertes liegt, der zu Beginn der Einatmungsphase als Startwert eingestellt ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Druckverlauf des Luftdrucks diskordant zu den Start- und Endzeitpunkten der Einatmungs- und Ausatmungsphasen des Lebewesens fortwährend dynamisch geregelt. Diese Dynamik ist pathophysiologisch von großer Bedeutung und unterscheidet sich grundlegend von bisherigen Beatmungsgeräten, die immer ein Plateau des Druckverlaufs haben.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Luftdruck in dem Atmungsorgan in der Einatmungsphase mit stetig abnehmender Steigung zunächst angehoben und dann abgesenkt. Vorteilhaft kann der Luftdruck in dem Atmungsorgan in der Einatmungsphase auf einen Anfangswert, der zu Beginn der Einatmungsphase als Startwert eingestellt war, abgesenkt werden, bevor die Einatmungsphase zu Ende ist. Als Startwert kommt insbesondere ein basales Druckniveau in Frage, das vorteilhaft derart gewählt wird, dass es in geringem Maß unterhalb des intrinsischen PEEP (Positive End Expiratory Pres-Pressure – Druckniveau am Ende der Ausatmungsphase) liegt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Luftdruck in dem Atmungsorgan in der Einatmungsphase mit stetig abnehmender Steigung des Atemluftstroms zunächst angehoben und dann abgesenkt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Luftdruck in dem Atmungsorgan in der Einatmungsphase auf den Anfangswert abgesenkt, wenn das Maximum des Atemluftstroms während der Einatmungsphase erreicht ist. Dies erlaubt eine relativ frühzeitige Absenkung des Drucks in der Einatmungsphase, was ebenfalls einer Vermeidung einer Überblähung zugute kommt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Luftdruck in dem Atmungsorgan in der Einatmungsphase auf ein Maß erhöht, dass der Atemluftstrom während eines Zeitraums nach Erreichen des maximalen Werts des Atemluftstroms in der direkt danach folgenden Zeit in einem Maße abnimmt, dass die Abfallgeschwindigkeit des Atemluftstroms möglichst gering ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Luftdruck in dem Atmungsorgan in der Ausatmungsphase bis auf einen Maximaldruck erhöht, der am Ende der Ausatmungsphase des Lebewesens erreicht wird. Dies ist beispielhaft in den Druckverläufen 37 und 38 der 3 wiedergegeben.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Luftdruck in dem Atmungsorgan in der Ausatmungsphase bis auf einen Maximaldruck erhöht, der vor der halben Dauer einer durchschnittlichen Ausatmungsphase des Lebewesens erreicht wird. Hierdurch kann der Druckverlauf in der Ausatmungsphase einer natürlichen Ausatmung eines gesunden Lebewesens angenähert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird bei Erkennung der Ausatmungsphase der Luftdruck in dem Atmungsorgan zu Beginn der Ausatmungsphase angehoben. Hierdurch kann gerade zu Beginn der Ausatmungsphase für ein Freihalten der Atemwege gesorgt werden, so dass besonders tief und effektiv ausgeatmet werden kann.
Gemäß vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung sind adaptive Selbstlern-Funktionen vorgesehen, die weitere Verbesserungen bei der Atmungsunterstützung ermöglichen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird aus dem erfassten Atemluftstrom das Tidalvolumen ermittelt. Das Tidalvolumen kann während einer Einatmungsphase indirekt aus der Menge der eingeatmeten Luft oder in einer Ausatmungsphase indirekt aus der Menge der ausgeatmeten Luft bestimmt werden, oder als Mittelwert oder als abgeleiteter Wert der durch diese Luftmengen während eines Atemzyklus' oder mehrerer Atemzyklen veränderten messbaren Parameter. Der Maximalwert und/oder das Druckniveau des Luftdrucks in dem Atmungsorgan wird in der Ausatmungsphase erhöht oder der Druckverlauf wird adjustiert, wenn in vorangegangenen Atemzyklen eine Erhöhung des Tidalvolumens festgestellt wird. Hierdurch kann adaptiv eine optimale Entblähung der Atmungsorgane erzielt werden. Sofern keine Erhöhung des Tidalvolumens festgestellt wird, kann der Maximalwert und/oder das Druckniveau des Luftdrucks in dem Atmungsorgan in der Ausatmungsphase auf dem bestehenden Wert gehalten oder wieder leicht abgesenkt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Atemfrequenz ermittelt. Der Maximalwert und/oder das Druckniveau des Luftdrucks in dem Atmungsorgan in der Ausatmungsphase wird erhöht oder der Druckverlauf wird adjustiert, wenn eine Verringerung der Atemfrequenz in vorangegangenen Atemzyklen festgestellt wird. Dies beruht auf der Erkenntnis, dass eine Absenkung der Atemfrequenz in gewissen Grenzen ein Indikator einer verbesserten Ventilation ist. Auf diese Weise kann eine sich gegebenenfalls durch Erhöhung des Maximalwerts bzw. des Druckniveaus des Luftdrucks einstellende Atemunruhe erfasst werden. Bei erfasster Atemunruhe kann die Druckerhöhung begrenzt oder auch wieder abgesenkt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Zeitverlauf des Luftdrucks und/oder des Atemluftstroms in dem Atmungsorgan auf ein Auftreten einer überlagerten Schwingung mit höherer Frequenz als die Atemfrequenz überwacht. Der Maximalwert und/oder das Druckniveau des Luftdrucks in dem Atmungsorgan in der Ausatmungsphase wird erhöht, wenn eine überlagerte Schwingung erkannt wird. Die überlagerte Schwingung kann als Ausdruck einer inhomogenen Ausatmung bei erhöhtem inneren PEEP angesehen werden. Sofern die überlagerte Schwingung durch eine vorherige Erhöhung des Luftdrucks in der Ausatmungsphase hinsichtlich der Frequenz größer und/oder hinsichtlich ihrer Amplitude kleiner geworden ist, ist die Ausatmung und damit die Entblähung der Lunge verbessert worden. Zeigt sich hinsichtlich der überlagerten Schwingung keine weitere Verbesserung der Ausatmung, erfolgt keine Erhöhung des Maximalwerts bzw. des Druckniveaus des Luftdrucks während der Ausatmung. Stattdessen kann eine Reduzierung des Maximalwerts bzw. des Druckniveaus des Luftdrucks erfolgen.
Die Erhöhung des Maximalwerts bzw. des Druckniveaus des Luftdrucks erfolgt selbstverständlich nur bis zu einem voreingestellten Grenzwert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Luftdruck in dem Atmungsorgan zum Ende der Ausatmungsphase hin abgesenkt, bis das Ende der Ausatmungsphase erreicht ist. Die Absenkung kann vorteilhaft bis zum Erreichen eines Anfangswerts des Luftdrucks, der zu Beginn der Einatmungsphase als Startwert eingestellt war, erfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird aus dem erfassten Atemluftstrom in Verbindung mit der expiratorischen Druckerhöhung ein intrinsischer PEEP des Lebewesens ermittelt. Ein Anfangswert des Luftdrucks in dem Atmungsorgan, der zu Beginn der Einatmungsphase als Startwert eingestellt wird, wird nach Maßgabe des intrinsischen PEEP festgelegt. Dies erlaubt vorteilhaft sozusagen eine Auto-PEEP-gesteuerte Atmungsunterstützung des Lebewesens.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dient der Anfangswert des Luftdrucks in dem Atmungsorgan als basales Druckniveau, das zu keiner Zeit unterschritten wird, wobei das basale Druckniveau um einen Druckdifferenzwert unterhalb des intrinsischen PEEP festgelegt ist. Bei einer Änderung des intrinsischen PEEP unter Beatmung werden die diesbezüglichen Werte neu adjustiert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst ein Regelzyklus des Luftdrucks in dem Atmungsorgan wenigstens zwei Atemzyklen, die unmittelbar aufeinander folgen.
Ein vorteilhaftes Beatmungsgerät weist wenigstens eine steuerbare Luftförderungseinheit, einen Drucksensor zur Ermittlung des Luftdrucks in dem Atmungsorgan eines Lebewesens sowie eine programmierbare Steuereinheit auf. Die programmierbare Steuereinheit ist, z. B. durch entsprechende Software-Programmierung, zur Ausführung eines Verfahrens der zuvor beschriebenen Art eingerichtet. Vorteilhaft kann das Beatmungsgerät zusätzlich einen oder mehrere Luftströmungsmesser aufweisen, durch den bzw. durch die der von der Luftförderungseinheit zugeführte und abströmende und von der Atmung des Patienten modulierte Luftstrom gemessen wird. Der Luftströmungsmesser kann beispielsweise als Pneumotachograph ausgebildet sein. Die steuerbare Luftförderungseinheit kann beispielsweise eine steuerbare Turbine oder eine Luftkompressionseinrichtung, z. B. einen Kolbenkompressor, aufweisen. Zur Steuerung der abgegebenen Luftmenge kann die Luftförderungseinheit zusätzlich ein Drucksteuerventil oder eine Ventilanordnung aufweisen.
Ein vorteilhaftes Ventilsteuerungsgerät ist in dem Anspruch 20 angegeben. Das Ventilsteuerungsgerät kann als Zusatzgerät zwischen ein konventionelles Beatmungsgerät und das zu beatmende Lebewesen geschaltet werden. Vorteilhaft weist das Ventilsteuerungsgerät wenigstens einen Luftströmungsmesser, z. B. einen Pneumotachographen, einen Drucksensor zur Ermittlung des Luftdrucks in dem Atmungsorgan des Lebewesens sowie wenigstens ein Drucksteuerventil und eine programmierbare Steuereinheit auf. Vorteilhaft ist die programmierbare Steuereinheit zur Ausführung eines Verfahrens nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet, z. B. durch entsprechende Software-Programmierung. Hierdurch kann bei vorhandenem Beatmungsgerät ein vergleichsweise kostengünstig herstellbares Ventilsteuerungsgerät als Ergänzung verwendet werden. Das Ventilsteuerungsgerät benötigt keine eigene Luftförderungseinheit.
Die Erfindung eignet sich vorteilhaft sowohl zur invasiven als auch zur nicht invasiven Beatmung.
Vorteilhaft wird durch die Erfindung ein externer Beatmungsdruck dynamisch geregelt, der auf die Atmung des Lebewesens abgestimmt ist. Vorteilhaft kann ein basales Druckniveau näherungsweise auf Werte etwas unterhalb des patientenbezogenen intrinsischen PEEP eingestellt werden. Die Atmungsunterstützung bei der Einatmung erfolgt durch eine inspirationsgesteuerte Druckanhebung, z. B. in der Größe von 2 bis 30 Millibar, die in Abhängigkeit von der Erkrankung des jeweiligen Patienten und dem sich hieraus ergebenden Volumenstrom eingestellt wird. Die Druckanhebung wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung wieder auf das basale Druckniveau zurückgeregelt, sobald die maximale Einatemgeschwindigkeit erreicht ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass es nicht zu einer Überblähung der Lunge kommt und die Druckunterstützung eine Arbeitsunterstützung für die inspiratorische Muskulatur darstellt.
Während der Ausatemphase wird ein dynamischer Gegendruck appliziert, der die Aufgabe hat, das Kolabieren der häufig besonders stark von der Erkrankung betroffenen „small airways” so lange wie möglich zu verhindern und möglichst lange so weit geöffnet zu halten, dass aus den diesen nachgeschalteten Lungenbläschen noch möglichst viel Luft ausgeatmet werden kann. Dies führt zu einer verbesserten Entblähung der Lunge, in deren Gefolge es zu einem besseren Gasaustausch kommt. Dies ermöglicht wiederum eine nachfolgende Inspiration mit einem größeren Tidalvolumen, was wiederum als Regelgröße für zukünftige Atmungsunterstützungen verwendet werden kann.
Die Zunahme der expiratorischen Druckerhöhung kann so lange erfolgen, bis eine weitere Zunahme des expiratorischen Drucks nicht mehr zu einer Zunahme des inspiratorischen Tidalvolumens führt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen
1 ein Beatmungsgerät in schematischer Darstellung und
2 eine erste Ausführungsform eines Beatmungszyklus' und
3 weitere vorteilhafte Ausführungsformen von Beatmungszyklen und
4 eine weitere vorteilhafte Ausführungsform eines Beatmungszyklus und
5 einen Atemzyklus mit Erkennung einer überlagerten Schwingung.
Die 1 zeigt ein Beatmungsgerät 1, das über einen Schlauch 8 mit einer Atemmaske 2 oder einem anderen geeigneten Interface verbunden ist. Die Atemmaske 2 ist an Mund und/oder Nase oder an tiefere Atemwege eines Lebewesens 3 angeschlossen. Die Atemmaske 2 weist einen zur Atmosphäre hin offenen Auslass 4 auf, der mit dem Schlauch 8 über eine Drosselstelle 5 verbunden ist. Auf diese Weise ist in der Atemmaske 2 eine definierte Leckage vorgesehen.
Das Beatmungsgerät 1 weist eine steuerbare Turbine 6 mit integrierter pneumotachographischer Messanordnung zur Volumenstrommessung sowie einen ausgangsseitig der Turbine 6 angeordneten, mit dem Druckluftschlauch 8 verbundenen Drucksensor 9 auf. Alternativ oder zusätzlich zu der integrierten pneumotachographischen Messanordnung kann noch ein Luftströmungsmesser 11 vorgesehen sein. Der Drucksensor 9, der Luftströmungsmesser 11 sowie die Turbine 6 sind über elektrische Leitungen mit einer elektronischen Steuereinrichtung 10 verbunden. Die elektronische Steuereinrichtung 10 empfängt von dem Drucksensor 9 ein den Druck in dem Druckluftschlauch 8 anzeigendes Signal sowie von der Turbine 6 ein von deren pneumotachographischer Messanordnung abgegebenes Signal, das den von der Turbine 6 in den Druckluftschlauch 8 eingepumpten Luftstrom angibt. Von dem optionalen Luftströmungsmesser 11 kann die elektronische Steuereinrichtung 10 noch ein den Volumenstrom durch den Druckluftschlauch 8 anzeigendes Signal empfangen. Die elektronische Steuereinrichtung 10 wertet die empfangenen Signale aus und bestimmt anhand der Signale, unter Verwendung des der elektronischen Steuereinrichtung 10 bekannten Strömungswiderstands des Schlauchs 8 und der bekannten Leckage der Atemmaske 2, den in das Lebewesen 3 hineinfließenden Luftstrom bzw. den aus dem Lebewesen 3 herausfließenden Luftstrom. Zudem bestimmt die elektronische Steuereinrichtung 10 anhand der Signale den im Atmungsorgan des Lebewesens 3 vorliegenden Druck. Die elektronische Steuereinrichtung 10 steuert gemäß den zuvor beschriebenen Verfahren die Turbine 6 und/oder entsprechende Drucksteuerventile. Über die Turbine 6 wird von einem mit der Atmosphäre verbundenen Lufteinlass 7 Luft angesaugt und entsprechend verdichtet über den Schlauch 8 zu der Atemmaske 2 und damit zum Lebewesen 3 abgegeben.
Die 2 zeigt ein erstes Beispiel vorteilhafter Zeitverläufe des Luftstroms, dargestellt durch einen Volumenstrom ν ., und des Drucks p. In der 2a ist der Luftstrom ν . idealisiert bei einem gesunden Lebewesen dargestellt. In einer Einatmungsphase zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₃ erfolgt die Einatmung, wiedergegeben durch einen Luftstrom-Verlauf 20. In einer Ausatmungsphase zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₄ erfolgt die Ausatmung, wiedergegeben durch einen Luftstrom-Verlauf 21. 2b zeigt in einem Zeitbereich zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₃ einen in etwa invers parabelförmig verlaufenden Druckverlauf 22. Zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ wird der Druck p von einem neutralen Niveau, dem basalen Druckniveau p₀, auf einen Maximalwert erhöht. Zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ wird der Druck p auf das basale Druckniveau p₀ zurückgeregelt. Nach dem Zeitpunkt t₃ erfolgt eine Anhebung des Drucks p gemäß dem Kurvenabschnitt 23, wobei relativ frühzeitig während der Ausatmungsphase der Maximalwert des Kurvenabschnitts 23 erreicht wird und der Druck entsprechend zum Zeitpunkt t₄ hin wieder auf das basale Druckniveau p₀ abgesenkt wird.
Die 3 zeigt weitere vorteilhafte Ausführungsformen von Druckverläufen p zur Realisierung der beschriebenen Erfindung (3b), die zeitlich in Relation zu Atemzyklen (Luftstrom ν . in 3a) dargestellt sind. Die in 3b schraffiert dargestellten Bereiche geben die möglichen Variationsbereiche der Kurvenabschnitte 22, 23 an, innerhalb der die Erfindung vorteilhaft realisiert werden kann.
In den Druckverläufen 30 bis 33 wird der Luftdruck während der Atmung des Lebewesens zu bestimmten Zeiten des Atemzyklus von einem Startwert angehoben und mit fortschreitender Atmung des Lebewesens derart wieder abgesenkt, dass während einer Ausatmung des Lebewesens immer ein Luftdruck im Atmungsorgan des Lebewesens vorliegt, der höher als der Startwert ist.
In den Druckverläufen 30 bis 33 ist vorgesehen, dass der Luftdruck in dem Atmungsorgan des Lebewesens in einer Einatmungsphase zunächst auf ein vorbestimmtes Maß angehoben wird und dann über den Verlauf des Atemzyklus zwischen diesem vorbestimmten Maß und dem Startwert variiert wird und zum Ende einer Ausatmungsphase auf einen Anfangswert, der zu Beginn der Einatmungsphase als Startwert eingestellt war, wieder abgesenkt wird.
Der Druckverlauf 34 entspricht der 2 und ist in 3 lediglich zu Vergleichszwecken dargestellt.
Die Druckverläufe 35 bis 38 zeigen Beispiele, bei denen der Luftdruck in dem Atmungsorgan des Lebewesens in einer Ausatmungsphase zunächst angehoben wird und dann über den Verlauf des Atemzyklus zwischen einem vorbestimmten Maß und dem Startwert variiert wird und während einer Einatmungsphase auf einen Anfangswert, der zu Beginn der Ausatmungsphase als Startwert eingestellt war, wieder abgesenkt wird.
Der Druckverlauf 30 zeigt zudem ein Beispiel, dass der Luftdruck in dem Atmungsorgan des Lebewesens in einer Einatmungsphase zunächst auf ein vorbestimmtes Maß angehoben wird, dann über den Verlauf der Einatmung auf diesem vorbestimmten Maß verbleibt und mit Beginn der Ausatmung kontinuierlich, zunächst langsam und dann schneller, zum Ende der Ausatmungsphase auf einen Anfangswert wieder abgesenkt wird, der zu Beginn der Einatmungsphase als Startwert eingestellt war.
Der Druckverlauf 31 zeigt ein Beispiel dafür, dass der Luftdruck in dem Atmungsorgan des Lebewesens in einer Einatmungsphase zunächst auf ein vorbestimmtes Maß angehoben wird, dann über den Verlauf der Einatmung auf diesem vorbestimmten Maß verbleibt und mit Beginn der Ausatmung zunächst um ein gewisses Maß schnell abgesenkt wird und dann kontinuierlich, zunächst langsam und dann schneller, zum Ende der Ausatmungsphase auf einen Anfangswert wieder abgesenkt wird, der zu Beginn der Einatmungsphase als Startwert eingestellt war.
Der Druckverlauf 32 zeigt ein Beispiel dafür, dass der Luftdruck in dem Atmungsorgan des Lebewesens in einer Einatmungsphase zunächst auf ein vorbestimmtes Maß angehoben wird, dann bis zum Zeitpunkt des maximalen Einatemluftstroms auf diesem vorbestimmten Maß verbleibt und daraufhin bis zum Beginn der Ausatmung zunächst um ein gewisses Maß schnell abgesenkt wird und dann kontinuierlich, zunächst langsam und dann schneller, zum Ende der Ausatmungsphase auf einen Anfangswert wieder abgesenkt wird, der zu Beginn der Einatmungsphase als Startwert eingestellt war.
Die 4 zeigt einen Druckverlauf, der mehrere Atemzyklen überbrückt (4b), wiederum in Relation zu dem Luftstrom ν . normaler Atemzyklen (4a) dargestellt. Wie anhand der Kurvenverläufe 41, 42 dargestellt ist, kann der Beatmungszyklus des Beatmungsgeräts zwei Atemzyklen des Lebewesens umfassen. Der Verlauf 40 in der 4b zeigt einen Beatmungszyklus des Beatmungsgeräts, der vier Atemzyklen des Lebewesens umfasst. Erkennbar ist ferner, dass der Luftdruck in dem Atmungsorgan des Lebewesens zu einem vorgegebenen Zeitpunkt eines Atemzyklus angehoben wird, dann über den Verlauf eines oder mehrerer Atemzyklen variierend zwischen einem vorbestimmten Maß und dem Startwert steigt und dann wiederum über den Verlauf einer oder mehrer Atemzyklen variierend auf einen Anfangswert, der zu Beginn der Druckanhebung als Startwert eingestellt war, wieder abgesenkt wird.
Die 5 zeigt in einem Zeitbereich 50 einen Verlauf des Luftstroms ν . 52, der bei einem gesunden Lebewesen vorliegt. In einem Zeitbereich 51 ist ein Verlauf 53 dargestellt, bei dem während der Ausatmungsphase eine überlagerte, höherfrequente Schwingung in dem Luftstrom ν . feststellbar ist. Diese Schwingung kann von der elektronischen Steuereinrichtung 10 erfasst und für die Steuerung der Beatmung als Steuerkriterium herangezogen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6105575 [0003]
US 6240919 B1 [0003]

Claims

Verfahren zur Beatmung eines Lebewesens (3), wobei der in das Lebewesen (3) und aus dem Lebewesen (3) fließende Atemluftstrom (ν .) erfasst wird, aus dem erfassten Atemluftstrom (ν .) ermittelt wird, ob eine Einatmungsphase oder eine Ausatmungsphase vorliegt, und wobei der Luftdruck (p) in einem Atmungsorgan des Lebewesens (3) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennung einer Einatmungsphase der Luftdruck (p) in dem Atmungsorgan zu Beginn der Einatmungsphase angehoben und mit fortschreitendem Atmungszyklus wieder abgesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftdruck (p) in dem Atmungsorgan in der Einatmungsphase mit stetig abnehmender Steigung zunächst angehoben und dann abgesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftdruck (p) in dem Atmungsorgan in der Einatmungsphase auf einen Anfangswert, der zu Beginn der Einatmungsphase als Startwert (p_o) eingestellt war, abgesenkt wird, bevor die Einatmungsphase zu Ende ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftdruck (p) in dem Atmungsorgan in der Einatmungsphase auf den Anfangswert abgesenkt ist, wenn das Maximum des Atemluftstroms (ν .) während der Einatmungsphase erreicht ist.
Verfahren zur Beatmung eines Lebewesens, insbesondere Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der in das Lebewesen (3) und aus dem Lebewesen (3) fließende Atemluftstrom (ν .) erfasst wird, aus dem erfassten Atemluftstrom (ν .) ermittelt wird, ob eine Einatmungsphase oder eine Ausatmungsphase vorliegt, und wobei der Luftdruck (p) in einem Atmungsorgan des Lebewesens (3) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausatmungsphase der Luftdruck (p) in dem Atmungsorgan nach Maßgabe des Atemluftstroms (ν .) der Ausatmung oder daraus abgeleiteter Parameter derart geregelt wird, dass der aus dem Lebewesen (3) fließende Atemluftstrom ein vorbestimmtes Maß erreicht.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftdruck (p) in dem Atmungsorgan in der Ausatmungsphase bis auf einen Maximaldruck erhöht wird, der vor der halben Dauer einer durchschnittlichen Ausatmungsphase des Lebewesens (3) erreicht wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftdruck (p) in dem Atmungsorgan in der Ausatmungsphase zum Ende der Ausatmungsphase nach einer im Wesentlichen exponentiellen Abklingfunktion reduziert wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennung einer Ausatmungsphase der Luftdruck (p) in dem Atmungsorgan zu Beginn der Ausatmungsphase angehoben wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftdruck (p) in dem Atmungsorgan nur zu Beginn der Ausatmungsphase derart geregelt wird, dass der aus dem Lebewesen (3) fließende Atemluftstrom (ν .) ein vorbestimmtes Maß erreicht.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausatmungsphase der Luftdruck (p) in dem Atmungsorgan proportional zu dem Atemluftstrom (ν .) der Ausatmung geregelt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem erfassten Atemluftstrom das Tidalvolumen ermittelt wird und der Maximalwert und/oder das Druckniveau des Luftdrucks (p) in dem Atmungsorgan in der Ausatmungsphase erhöht wird oder der Druckverlauf angepasst wird, wenn eine Erhöhung des Tidalvolumens in vorangegangenen Atemzyklen festgestellt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Atemfrequenz ermittelt wird und der Maximalwert und/oder das Druckniveau des Luftdrucks (p) in dem Atmungsorgan in der Ausatmungsphase erhöht wird oder der Druckverlauf angepasst wird, wenn eine Verringerung der Atemfrequenz in vorangegangenen Atemzyklen festgestellt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitverlauf des Luftdrucks (p) und/oder des Atemluftstroms (ν .) in dem Atmungsorgan auf ein Auftreten einer überlagerten Schwingung mit höherer Frequenz als die Atemfrequenz überwacht wird und der Maximalwert und/oder das Druckniveau des Luftdrucks (p) in dem Atmungsorgan in der Ausatmungsphase erhöht wird oder der Druckverlauf angepasst wird, wenn eine überlagerte Schwingung erkannt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung des Maximalwerts und/oder des Druckniveaus des Luftdrucks (p) in dem Atmungsorgan in der Ausatmungsphase auf einen Höchstwert begrenzt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftdruck (p) in dem Atmungsorgan zum Ende der Ausatmungsphase hin abgesenkt wird, bis das Ende der Ausatmungsphase erreicht ist, insbesondere bis zum Erreichen eines Anfangswerts des Luftdrucks (p), der zu Beginn der Einatmungsphase als Startwert (p_o) eingestellt war.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem erfassten Atemluftstrom (ν .) in Abhängigkeit von der Druckerhöhung in der Ausatmungsphase ein intrinsischer PEEP des Lebewesens ermittelt wird und ein Anfangswert des Luftdrucks in dem Atmungsorgan, der zu Beginn der Einatmungsphase als Startwert (p_o) eingestellt wird, nach Maßgabe des intrinsischen PEEP festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfangswert des Luftdrucks in dem Atmungsorgan als basales Druckniveau (p_o) dient, das zu keiner Zeit unterschritten wird, wobei das basale Druckniveau (p_o) um einen Druckdifferenzwert unterhalb des intrinsischen PEEP festgelegt ist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regelzyklus des Luftdrucks (p) in dem Atmungsorgan wenigstens zwei Atemzyklen umfasst, wobei ein Atemzyklus eine Einatmungsphase und eine Ausatmungsphase umfasst, die Unmittelbar aufeinander folgen.
Beatmungsgerät mit wenigstens einer steuerbaren Luftförderungseinheit (6), wenigstens einem Luftströmungsmesser (11), wenigstens einem Drucksensor (9) und mit wenigstens einer programmierbaren Steuereinheit (10), wobei die programmierbare Steuereinheit (10) zur Ausführung eines Verfahrens nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
Ventilsteuerungsgerät mit wenigstens einem Drucksteuerventil, wenigstens einem Luftströmungsmesser (11), wenigstens einem Drucksensor (9) und mit wenigstens einer programmierbaren Steuereinheit (10), wobei die programmierbare Steuereinheit (10) zur Ausführung eines Verfahrens nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.